JP2010538223A - デュアルクラッチトランスミッションの制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つの部分ドライブトレーンがそれぞれクラッチを介して内燃機関に結合可能であり、トルクが被駆動側に伝達される、デュアルクラッチトランスミッションの制御方法に関している。本発明では２つのクラッチを介してトルクが伝達されているときに、少なくとも一方のクラッチのトルクが発生した制動スリップ量に依存して低減される。

Description

本発明は、２つの部分ドライブトレーンがそれぞれクラッチを介して内燃機関に結合可能であり、トルクが被駆動側に伝達される、デュアルクラッチトランスミッションの制御方法に関している。

この種のデュアルクラッチトランスミッションは、自動車においてパワーシフトトランスミッションとして用いられている。パワーシフトトランスミッションでは、各部分ドライブトレーンが第２の部分ドライブトレーンに依存することなく作動できるように構成されている。そのため一方の部分ドライブトレーンではクラッチがつながっていてもよいし、車両を作動させる１つの変速段が投入されていてもよい。このような車両の作動中は第２の部分ドライブトレーンにおいて別の変速比を有する変速段が投入可能である。変速が行われるときには、現時点で作動している部分ドライブトレーンのクラッチは開かれ、それに対して新たに作動する部分ドライブトレーンのクラッチは閉じられる。このような、交差段階過程または交差切換とも称される過程の間においては、２つのクラッチがそれぞれの部分ドライブトレーンにおいてトルクを伝達する。２つの部分ドライブトレーンに投入されているそれぞれの変速段の変速比が異なるために生じる出力側の不所望な緊張を回避するためには、２つのクラッチにおいて伝達可能なトルクの総和が伝達すべきトルク（例えばエンジントルク）を実質的に超えることは許されない。

本発明の課題は、デュアルクラッチトランスミッションの制御のための方法を改善することである。特にここでは走行特性に係わる安全性の向上と、ツインクラッチトランスミッションを損傷から保護することが望まれている。

前記課題は、少なくとも２つの部分ドライブトレーンと、少なくとも１つの駆動輪のブレーキスリップ量に基づいて現時点の道路条件のもとで最大限可能なサイドフォース係数の低下を算出または推定する装置と、クラッチを介して伝達されるトルクを算出する装置とを有し、前記少なくとも２つの部分ドライブトレーンのそれぞれはクラッチを介して内燃機関と結合可能であり、ツインクラッチトランスミッションの変速が行われる際に、アクティブに作動している部分ドライブトレーンのトルクを伝達するクラッチは開かれ、それに対してアクティブに作動していない部分ドライブトレーンのクラッチは既に投入されている変速段のもとで閉成される、デュアルクラッチトランスミッションの制御のための方法において、サイドフォース係数が所定の値よりも下方に低下し、２つのクラッチによってトルクが伝達されている場合に、少なくとも１つのクラッチのトルクを低減するようにして解決される。２つのクラッチを備えたツインクラッチトランスミッションから出発して、これらの２つのクラッチは湿式又は乾式の摩擦クラッチであり得る。それらは有利には緩められた状態では開いたクラッチであり（ノーマルオープン型）、本願では、車輪、特に駆動輪のグリップ状態を、クラッチの制御、ひいてはツインクラッチトランスミッションの制御に包含させることが提案されている。

本発明による方法の制御は、中央ユニットとして車両の制御過程を全般的に請け負う中央制御機器、あるいはクラッチを含めて変速機の制御を行う変速機制御機器、または２つのクラッチの制御のみを行うクラッチ制御機器を用いて行われる。その他の制御機器との別の任意の組み合わせも可能である。例えば有利にはホイール回転数を検出または算出するための制御機器と組み合わせてもよい。複数の制御機器を利用するケースでは、相互に通信する制御機器及びそれらの周辺機器（例えばセンサやアクチュエータなど）の間でデータの転送とエネルギーの供給がそれぞれ別個の供給ないし制御線路を介して行われ得る。また代替的若しくは付加的にこれらのデータがデータバス、例えばＣＡＮバスを介して伝送されてもよい。

本発明による方法は有利には、制御機器内にファイルされているプログラムルーチンとして実施される。この場合これらのルーチンは包括的なプログラムの中にプログラムコードの形態で埋め込まれ、任意に呼び出し可能である。ルーチンの呼び出しは実質的にオーバーラップ切換期間中に行われてもよいし、及び／又は規則的に繰り返される周期の中で行われてもよい。これは選択された時間窓の中でそれらのルーチンが読み出され、２つのクラッチが駆動輪における接地力の途切れに基づくドライブトレーンの緊張またはブロッキングを引き起こすようなトルクを伝達しないことを確実にするためである。ある種の不規則性は、実際に実施されるオーバーラップ切換に依存せずに現れる可能性もある。例えば一方のクラッチが張り付いているような場合である。この原因はアクチュエータの張り付きや欠落による（ここでは駆動力も含めて操作運動力学全般として捉えることを理解されたい）。

アクチュエータとしては、クラッチ操作要素の軸方向負荷によるクラッチ断続のための線形移動を行う駆動系を備えた全ての運動力学系、例えばクラッチのレリーズフォークやレバー、さらばね等を移動させる操作運動力を供給するものが用いられる。この駆動系としては電気モータ（ここでは例えば回転運動が操作運動力を発生すべく線形運動に変換される）、液圧ポンプ、圧力手段によって充填される圧力蓄積器（この場合はこの圧力が液圧シリンダに作用し得る）、空気式圧力蓄積器、また電磁式のアクチュエータなどが挙げられる。また駆動系と、異なる機能の運動系要素との有利な組み合わせも理解されたい。例えば電気モータを用いて駆動される油圧式の供給側シリンダが適用可能である。このシリンダは油圧線路を介して受け入れ側シリンダを操作しており、ここではこれらが直接的に若しくはレバー機構を介してクラッチの操作要素を負荷し得る。２つのクラッチは異なるアクチュエータで操作されてもよい。

クラッチを介して伝達すべきトルクの対応付けは有利には伝達すべきトルクの相関付けを用いてクラッチの操作要素の移動距離に依存して行われる。この場合いわゆる作動点（クラッチディスクの接触係合開始点）の検出を介して基準点が定められる。この基準点では無視できるトルクしか伝達されない。この基準点から出発してトルクはクラッチ距離を介して求められる。その場合の相関付けパラメータは制御機器にファイルされていてもよい、車両の運転状態に依存して更新されてもよい。例えば温度作用のような短時間の変動や摩耗ないし経年劣化のような長期間の変動も考慮され得る。

距離の検出はセンサ、例えばインクリメントセンサを介して行われる。このインクリメントセンサは所定の距離ポジションにおいて較正され増分パルスの計数から相対距離が求められる。特に有利には駆動部として用いられる電子制御式電気モータの制御素子が利用される。その場合には操作運動量に基づいて電気モータの回転運動が軸方向に移動するクラッチ操作要素の距離に対応付けられる。

このような距離信号から、あるいはその他のさらなる情報、例えば内燃機関の特性から、２つのクラッチを介して伝達すべきトルクが求められ、現時点のサイドフォース係数が低減している場合には、目下の路面条件に対する限界のもとで少なくとも１つの駆動輪における最大限可能なサイドフォース係数が求められ、２つのクラッチを介したトルク伝達の際に一方または両方のクラッチのクラッチトルクが低減される。このトルクの低減はサイドフォース係数の低下に依存して行われてもよい。それにより比較的大きな低下の際にはトルクは比較的小さな低下の時よりも強く低減される。トルクが低減されるクラッチの選択は、様々なパラメータとそれらの組み合わせに依存し得る。例えばクラッチの開放状態が用いられてもよい。ほぼ閉成されたクラッチのもとでは、僅かなクラッチ距離によって僅かしか閉成されていないクラッチの場合よりも多くのトルクが所定の時間内で形成される。これにより臨界的状況の迅速な解消が得られるようになる。さらに最大限可能なサイドフォースの損失が発生した時点に存在する両クラッチのスリップ量が用いられ、僅かなスリップ量で動作しているクラッチがさらに開かれる。なぜならこのクラッチは通常は僅かなトルクしか伝達しないからであり、それによって再び最大限可能なサイドフォースの損失に対する迅速な対応が可能となる。さらにパラメータとしてクラッチ距離の変化に対する応答が用いられてもよい。一方のクラッチないしはその操作運動系が遮断ないしブロックされることを前提とすれば、このクラッチをその係合状態において緩慢にしか変更できないようにすることも、あるいは全く変更できないようにすることも可能である。クラッチ距離の変化又はその変化速度を検出して評価することによって、低下した最大限可能なサイドフォースの解消にどのクラッチを迅速に用いることができるのか、あるいは専らどのクラッチが用いられるのかを決定することができる。

本発明はまず第一に低下した最大限可能なサイドフォースに用いることを理解されたい。それにはデュアルクラッチトランスミッションの遮断と、出力側及び駆動輪に対する２つのクラッチのトルク関与によって対処すべきである。この場合最大限可能なサイドフォースも道路の状態に依存し、滑りやすい路面においては最大限可能なサイドフォースが相応に低下する。

最大限可能なサイドフォース係数の低下の評価は、１つの駆動輪において、又は２つの駆動輪において、あるいは全輪駆動のケースでは全ての車輪において行うことが可能である。その場合それらの車輪は個別に評価され得る。そして各車輪毎にサイドフォース係数の低下が求められ、算出され、評価され得る。また代替的に複数の車輪の総和値が形成されてもよい。この総和値は、クラッチを介して伝達されるトルクの低減のためのルーチンの活動化のための評価の基礎に用いられる。最大限可能なサイドフォース係数の低下自体は有利にはブレーキスリップ量（率）、すなわち差分速度と車体速度の商から求められる。この差分速度はこの場合車体速度と車輪周速度の差分から形成される。この規定によれば、ブレーキスリップ量が０のときとは、車輪周速度と車体速度が同一である場合に当てはまる。このケースにおいてサイドフォース係数は所定の路面条件のもとで最大となる。ブレーキスリップ量（ないしスリップ率）１００％に相応するホイールロック状態のもとでは、車体速度は０よりも大であるが、車輪周速度は０に等しい。つまり駆動輪は止まっている。走行方向に有効な信号の前述のような評価に対して付加的若しくは代替的に、２つのクラッチを介して伝達されるトルクの低減のためのルーチンの導入に対して駆動輪のサイドフォースが考慮されたいわゆるサイドフォース係数を評価してもよい。このことは、車両が車両横方向動特性検出のためのセンサ系を既に備えている場合（例えば走行安定性を高めるための装置ＥＳＰが組み込まれている場合）には非常に有利となる。速度量は複数のセンサ、例えばホイール回転数センサを用いて検出ないし算出することが可能である。２つのクラッチを介して伝達されるトルクの低減を活動化するための値として、２０％〜５０％のブレーキスリップ率、特に３０％のブレーキスリップ率が有利である。車体速度は、対地速度を求めるための専用のセンサ系（例えばレーダー、ＧＰＳ信号評価など）を介して行ってもよいし、代替的にオーバーラップ開始時点の車体速度を車輪周速度によって推定してもよい。それに対して短いオーバーラップ期間は近似的に一定とみなしてもよい。このことは、車両が例えば路面凍結時に車速低減なしでスリップするような極端なケースの想定に相応している。それにより車速センサは不要となる。代替的に車体速度をオーバーラップ開始時点で車輪周速度によって推定し、オーバーラップ期間中は凍結面に対する最大減速を用いて推定するようにしてもよい。最大限可能なサイドフォースの低下の状態は、代替的にホイール回転数勾配に基づいて確定されてもよい。このケースではホイール回転数勾配が評価され、負の極性を伴う過度に大きな勾配のときには最大限可能なサイドフォース係数の低下が伴った状態（一部の車輪のホイールロック状態）とみなされる。

この関連において特に有利には電子制御式安定化プログラム（ＥＳＰシステム）との応働が挙げられる。このＥＳＰの応働は、付加的若しくは代替的に、２つのクラッチを介して伝達されるトルクの低減のためのルーチンの導入に対する値として利用することができる。この場合例えばＣＡＮバス上に存在する信号を評価することが可能である。

最大限可能なサイドフォース係数の低下の監視と、２つのクラッチがトルクを伝達する場合のクラッチトルクの低減のために提案されるルーチンはいわゆるロバスト監視メソードとも称され、これは限られ数の入力量のもとでも測定信号に対する品質要求が低いために、例えば線路破断や欠陥に起因するセンサの故障に対しても比較的不感である。このメソードさらに付加的に保証するためにルーチンの活動化を、２つの部分ドライブトレーンにおいて１つの変速段が投入されているか否かに依存させることも可能である。さらに付加的若しくは代替的な限定として、その値以下ではルーチンがスタートされない、つまり１つまたは２つのクラッチのトルクが低減されないようにする車速限界値を用いることも可能である。なぜなら比較的低い速度でのサイドフォースの低下は車両の安定性に対する影響が少ないからである。例えばこの種の限界値は５〜２５ｋｍ／ｈの間で設定されてもよい。

さらにまた一方のクラッチ若しくは両方のクラッチにおけるトルク低減の際に、クラッチ位置を検出して評価することも有利となる。クラッチが所望の目標位置に戻るように駆動制御されないときには、相応のエラー報知手段が導入されるようにしてもよい。例えばエラーとみなされるケースにおいては、一方のクラッチが所定の位置に戻らず、他方のクラッチは駆動制御されて投入される変速段が強制的に入れ替えられ、及び／又は内燃機関が停止する。この種の手段は特に次のようなときに導入される。すなわち極端に不確かな状況、例えばクラッチがもはや制御不能に陥ったような時に導入される。

以下の明細書では本発明を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。

本発明による方法を実施するためのルーチンの実施例を表した図 クラッチのトルク低減の間のトルク経過を表すためのダイヤグラム

実施例の説明
図１に示されているルーチン１は開始点２とそれに続く分岐ステップ３を有しており、この分岐ステップ３では自動車の駆動輪の接地力ないしグリップ力が低下しているか否かが決定されている。例えばここではブレーキスリップ量ＢＳが所定の値Ｓ、例えば３０％を上回っているか否かが検査されるか、あるいはホイール回転数の勾配が負の方向で最大値を超えたか否か（減速状態か否か）が検査される。これらの条件が満たされない場合には、当該ルーチン１は終了点４にて終了する。グリップ力が低下すると、つまり例えばブレーキスリップ量ＢＳが所定の値Ｓを上回ってしまうと、分岐ステップ５において、２つのクラッチがトルクを伝達しているか否かが決定される。ブレーキスリップ量の検出はホイール回転数センサの評価を介して行われるか又は変速機出力軸の回転数と走行速度の相関付けによって行われる。

クラッチ位置の検出は、クラッチ操作部に設けられたそれぞれ１つの距離測定装置を用いて行うことが可能である。その場合クラッチを介して伝達されるトルクＭ（Ｋ１）、Ｍ（Ｋ２）がクラッチ位置から求められる。クラッチを介したトルク伝達の評価のために、クラッチ位置を直接評価することも可能であることを理解されたい。専らクラッチを介してトルクが伝達されているのであれば、グリップ力の低下は変速機遮断(Getriebeblockade）からは生じず、ルーチン１は再び終了する。２つのクラッチがアクティブである、すなわち２つのクラッチが所属の限界トルクＭ１，Ｍ２よりも大きなトルクＭ（Ｋ１），Ｍ（Ｋ２）を伝達するのであるならば、ブロック６のルーチンが続けられる。

ブロック６においては調整量Ｓ（Ｋ１）、Ｓ（Ｋ２）に新たな目標値Ｓ１，Ｓ２が割り当てられる。この場合設定された調整量Ｓ（Ｋ１），Ｓ（Ｋ２）、伝達されたトルクＭ（Ｋ１），Ｍ（Ｋ２）、ブレーキスリップ量ＢＳ、１つまたは２つのクラッチのさらなる特性量に依存して、様々な調整値が割り当てられる。また調整値Ｓ１又はＳ２は不変のままであってもよく、その場合には当該クラッチを介して伝達されるトルクは変化しなくなる。

ルーチン１のさらなる経過における分岐ステップ７では、新たな所定の目標値Ｓ１，Ｓ２が、許容誤差の所定の範囲内で設定されているどうかが検査される。この検査の結果がイエスの場合には、当該ルーチンが終了されるが、ノーの場合には、ブロック８において緊急時作動モードＮＢに切り換えられる。この緊急時作動モードでは、誤作動を収拾する手段が講じられる。例えばアクチュエータが強制的に操作され、投入されている変速段が強制的に外され、内燃機関に対するエンジン介入制御が実施される。それにより自動制動装置が操作され、及び／又はＥＳＰが活動化される。

終了点４においてルーチン１は終了する。

図２には２つのダイヤグラムが示されており、それらのうちの上方部分のダイヤグラムには速度が時間軸に亘ってプロットされており、下方部分のダイヤグラムには、２つのクラッチの調整位置が時間軸に亘ってプロットされている。斜線で陰影がつけられている下方の領域は、トルクが伝達されないクラッチの調整位置を表している。オーバーラップ切換の監視を示すために、下方のダイヤグラムにおいては２つのクラッチのクラッチポジション経過特性曲線Ｋ１，Ｋ２が時間軸に亘って実線で示されている。これは支障のない経過を表すものである。クラッチの接続は、トルクが全く伝達されないか無視できるくらいのトルクしか伝達されない作動点ＴＰから出発して、クラッチを介して伝達可能な最大トルクＭＭに至るまで実施される。図示のダイヤグラムの最初は、第１のクラッチが最大トルクＭＭで接続されており、第２のクラッチは作動点ＴＰ通過中は開放されている。上方のダイヤグラムから明らかなことは車両がゆっくり減速していることである。複数の"×"マークが付されている特性曲線は車体速度を表している。これらの特性曲線の最初の方の部分ではブレーキスリップは存在していない。すなわち複数の"○"マークが付されている車輪周速度を表している特性曲線は、車体速度の特性曲線と同じように経過している。時点ｔ１ではオーバーラップ切換が導入される。このオーバーラップ切換は図示のようにｔ（１）直前で制御機器によって自身にファイルされている変速点に応じて開始されたりドライバーによって開始されるケースもある。これに併せて時点ｔ（１）ではブレーキスリップ量の監視もそれに追従する。上方のダイヤグラムでは、３つの異なる経過特性が描写されており、これらはそれぞれ異なったスリップ状況を再現している。

複数の"○"マークが付されている特性曲線は本願による手法が取り入れられていない車両でのスリップ状況下の車輪周速度を表している。オーバーラップ切換が開始される領域の時点ｔ（１）と、オーバーラップ切換が終了する領域の時点ｔ（２）の間では車輪周面の速度が著しく低減している。このことは、両クラッチにおいてトルクが損なわれると（図２の下方ダイヤグラム中のクラッチポジション経過特性曲線Ｋ１，Ｋ２参照）、路面に対する駆動輪の接地力（グリップ力）にも途切れが生じることを意味する。ホイール回転数若しくは車輪周速度がどのくらいもたらされるかは、車輪対路面の両摩擦値に基づく摩擦係数に依存している。オーバーラップ切換の経過後に初めて車輪スリップ量またはブレーキスリップ量が安定し、車輪周速度が再び車体速度に等しくなる。

複数の"×"マークが付されている特性曲線は目立ったスリップが発生していないオーバーラップ切換の状況を表している。車輪周速度はごく僅かだけ低減し、所定の値Ｓに関して維持される。この所定の値Ｓは、駆動輪の回転数の落ち込みやブレーキスリップ量の計算方式に応じて相応の次元と変量を取り得るが、ここでは限界速度を表している。

複数の"●"が付されている特性曲線は次のような状況を示している。すなわちクラッチポジションＫ１のクラッチ開放方向の調整量とクラッチポジションＫ２のクラッチ閉成方向の調整量の増加と共にデュアルクラッチトランスミッションの緊張が出現し、これは車輪周速度の所定値Ｓまでの低下を引き起こす。時点Ｐにおいて所定値Ｓが達成され、クラッチＫ２は図示の例では完全に開かれ、それによって当該クラッチＫ２は、波線で示された特性曲線Ｋ２′に基づくようにもはやトルクを何も伝達しない。走行状況に応じて付加的に有利には、クラッチポジションＫ１が波線の特性曲線Ｋ１′に従って、クラッチが再び完全なトルクを伝達するように引き上げられる。クラッチＫ２と場合によってはクラッチＫ１にて導入された手段の結果として、ブレーキスリップ量が低減され、それに伴って駆動輪の接地力が再び増加する。複数の"○"マークが付されている特性曲線において車両のスピンに結びつく相応の危険な状況が回避されるようになる。図示の例ではオーバーラップ切換がほぼ中断される。別の実施例によれば有利には変速が加速を伴って実施される。その際クラッチＫ１はトルクゼロまで戻され、クラッチＫ２はトルク伝達まで引き上げられる。これは内燃機関に対する推進トルクの伝達を許容する。このことは、走行路面に対する駆動輪の接地力がまだ比較的良好である場合の不快なシフトが前提となる場合に特に有利となる。

時点ｔ（３）においては次のオーバーラップ切換が開始される。

１ ルーチン
２ 開始点
３ 分岐
４ 終了点
５ 分岐
６ ブロック
７ 分岐
８ ブロック
ＢＳ ブレーキスリップ
Ｋ１ クラッチ
Ｋ１′ 特性曲線
Ｋ２ クラッチ
Ｋ２′ 特性曲線
Ｍ１ 限界トルク
Ｍ２ 限界トルク
Ｍ（Ｋ１） トルク
Ｍ（Ｋ２） トルク
ＭＭ 最大トルク
Ｐ 点
Ｓ 値
Ｓ（Ｋ１） 調整量
Ｓ（Ｋ２） 調整量
Ｓ１ 調整値
Ｓ２ 調整値
ＴＰ 作動点
ｔ（１） 時点
ｔ（２） 時点
ｔ（３） 時点

Claims (11)

1. 少なくとも２つの部分ドライブトレーンと、
   少なくとも１つの駆動輪の最大限可能なサイドフォースの低下を算出する装置と、
   クラッチを介して伝達されるトルクを算出する装置とを有し、
   前記少なくとも２つの部分ドライブトレーンの各々がクラッチを介して内燃機関と結合可能であり、ツインクラッチトランスミッションの変速が行われる際に、アクティブに作動している部分ドライブトレーンのトルクを伝達するクラッチは開かれ、それに対してアクティブに作動していない部分ドライブトレーンのクラッチは既に投入されている変速段のもとで閉成される、デュアルクラッチトランスミッションの制御のための方法において
   最大限可能なサイドフォース係数が所定の値よりも下方に低下し、２つのクラッチによってトルクが伝達されている場合に、１つのクラッチのトルクを低減するようにしたことを特徴とする方法。
2. 最大限可能なサイドフォースの低下は、車体速度と少なくとも１つの駆動輪の車輪周速度から形成された差分速度と、車体速度の商から求められる、請求項１記載の方法。
3. 最大限可能なサイドフォースの低下は、ホイール周速度の勾配から求められる、請求項１記載の方法。
4. 一方の部分ドライブトレーンから他方の部分ドライブトレーンへのトルク伝達切換のための２つのクラッチのオーバーラップ期間中の車体速度は、前記オーバーラップ直前の車輪周速度を用いて近似的に求められる、請求項１または２記載の方法。
5. 前記オーバーラップ期間中の車体速度は、滑走路面上の最大減速によって低減される、請求項４記載の方法。
6. 車体のサイドフォースを表すサイドフォース係数から接地力が求められる、請求項１または２記載の方法。
7. トルクの低減は、２つの部分ドライブトレーンにおいて変速段が投入されている場合にのみ実施される、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. トルクの低減は、走行速度が所定の値を上回っている場合にのみ実施される、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
9. １つのクラッチを介して伝達されるトルクはクラッチ位置の検出を介して求められる、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
10. トルク低減期間中のクラッチ位置が監視される、請求項９記載の方法。
11. ２つのクラッチにおいてトルク低減が中断した場合に車両の誤動作モードが作動される、請求項９または１０記載の方法。

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